q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Wasserstoffproduktion: Proteinumfeld macht Katalysator effizient

© RUB, Marquard

Die Bochumer Forscher Martin Winkler, Olaf Lampret und Thomas Happe (von links nach rechts) gemeinsam mit Olaf Rüdiger (Mitte hinten) vom Max-Planck-Institut

15.12.2017: Biokatalysatoren sind große Proteinmoleküle. Die eigentliche Reaktion findet dabei nur an einem kleinen Herzstück statt. Der Rest spielt aber auch eine Rolle.

Das Zusammenspiel von Proteinhülle und aktivem Zentrum in Wasserstoff produzierenden Enzymen ist entscheidend für die Effizienz der Biokatalysatoren. Ein Team der Ruhr-Universität Bochum und des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr analysierte speziell die Rolle von Wasserstoffbrückenbindungen in bestimmten Enzymen aus Grünalgen, den Hydrogenasen. Die Gruppen, die im Exzellenzcluster Resolv kooperieren, berichteten die Ergebnisse im „Journal of the American Chemical Society“.

„Die Erkenntnisse tragen nicht nur zum Verständnis dieser weltweit beachteten Biokatalysatorgruppe bei, sondern geben der angewandten Forschung zusätzlich wichtige Hinweise für die Entwicklung chemischer Katalysatoren nach Vorbild des hochaktiven Biomoleküls“, sagt Dr. Martin Winkler von der Bochumer Arbeitsgruppe Photobiotechnologie.

Leistungsfähigste Biokatalysatoren

Die Forscher untersuchten einen speziellen Typ von Hydrogenasen, sogenannte [FeFe]-Hydrogenasen. Sie bestehen aus einem Proteingerüst und einem aktiven Zentrum, H-Cluster genannt. Letzterer besteht aus sechs Eisen- und sechs Schwefelatomen sowie aus sechs ungewöhnlichen Bausteinen. Er bildet den Ort, an dem die eigentliche Wasserstoffsynthese aus Protonen und Elektronen stattfindet. „[FeFe]-Hydrogenasen gehören zu den leistungsfähigsten Biokatalysatoren überhaupt“, erklärt Prof. Dr. Thomas Happe, Leiter der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie. Die Kommunikation zwischen H-Cluster und Proteinumgebung spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Sie hilft bei der gezielten Anlieferung der Ausgangsstoffe für die Synthese und beim effizienten Abtransport des Produkts. „Außerdem sorgt die Proteinhülle für eine optimale räumliche Ausrichtung des H-Clusters und schützt ihn vor schädigenden Einflüssen“, ergänzt Oliver Lampret, der seine Doktorarbeit zu diesem Thema schreibt.

Manipulation der Wasserstoffbrücken

Die Bochumer Gruppe und ihre Mülheimer Kollegen Dr. Agnieszka Adamska-Venkatesh, Dr. Olaf Rüdiger und Prof. Dr. Wolfgang Lubitz zeigten, dass die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen H-Cluster und Proteinumfeld die elektrochemischen Eigenschaften des aktiven Enzymzentrums maßgeblich beeinflussen. Sie entfernten einzelne Wasserstoffbrücken oder fügten zusätzliche hinzu und untersuchten die Effekte.

Die Manipulation veränderte sowohl die Elektronentransporteigenschaften des Enzyms als auch die katalytische Richtung, in die es arbeitet; denn Hydrogenasen können sowohl Wasserstoff produzieren als auch die umgekehrte Reaktion katalysieren, also die Spaltung von Wasserstoff in Protonen und Elektronen.

Den Einfluss der Wasserstoffbrücken belegten die Wissenschaftler mit drei verschiedenen Methoden: spektroskopisch, elektrochemisch und enzymkinetisch.

Originalveröffentlichung:
Oliver Lampret, Agnieszka Adamska-Venkatesh, Hannes Konegger, Florian Wittkamp, Ulf-Peter Apfel, Edward J. Reijerse, Wolfgang Lubitz, Olaf Rüdiger, Thomas Happe, Martin Winkler; "Interplay between CN– Ligands and the Secondary Coordination Sphere of the H-Cluster in [FeFe]-Hydrogenases"; Journal of the American Chemical Society; 2017

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Enzyme
  • Grünalgen
  • Hydrogenasen

Mehr über Ruhr-Universität Bochum

  • News

    Neuartige chemische Verbindungen machen Katalysatoren effizienter

    Katalysatoren sollten möglichst stabil, effizient und für bestimmte Anwendungen anpassbar sein. All das ermöglicht diese Bochumer Entwicklung. Neue chemische Verbindungen, die Katalysatoren effizienter machen, hat ein Team vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie II der Ruhr-Universität Bochum ... mehr

    Lebende Cyanobakterien-Elektrode stellt effizient Strom her

    Eine mit lebenden Cyanobakterien beschichtete Elektrode eignet sich, um lichtgetrieben und effizient Strom zu produzieren. Das berichtet ein deutsch-israelisches Forscherteam in der Zeitschrift „Nature Communications“. Im Gegensatz zu früheren Studien mussten die Wissenschaftler zu ihrem Sy ... mehr

    Oberflächen und Proteinverteilung von Zellen gleichzeitig sehen

    Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben erstmals zwei mikroskopische Methoden kombiniert, die sowohl die Oberfläche einer Zelle als auch die Verteilung eines Proteins in der Zelle mit einer Auflösung im Nanometerbereich sichtbar machen können. Die Verfahren können für lebend ... mehr

  • q&more Artikel

    Vibrationsspektroskopie - Labelfreies Imaging

    Spektroskopische Methoden erlauben heute mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung tiefe Einblicke in die Funktionsweise biologischer Systeme. Neben der bereits sehr gut etablierten Fluoreszenzspektroskopie wird in den letzten Jahren das große Potenzial der labelfreien Vib ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Klaus Gerwert

    Jg. 1956, studierte Physik in Münster und promovierte 1985 in biophysikalischer Chemie in Freiburg. Nach Stationen am Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie in Dortmund und am Scripps Research Institute in La Jolla, USA erhielt er 1993 einen Ruf auf die C4-Professur für Biophysik ... mehr

Mehr über Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion

  • News

    Zwischenstufe im Katalysezyklus des Photosystem II identifiziert

    Die aktuellsten Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern des MPI CEC, die die Wasseroxidationsreaktion erforschen, wurden als Cover-Artikel für die erste Ausgabe des Fachjournals Chemical Science im Jahr 2016 ausgewählt. Mit Hilfe theoretischer Chemie und Spektroskopie konnten Forscher in ... mehr

    Effiziente Produktion von Wasserstoff durch Algen

    Mikroalgen brauchen für die Produktion von Wasserstoff lediglich Licht und Wasser. Die Effizienz der Mikroalgen für die Wasserstoffproduktion ist allerdings gering und muss noch um 1-2 Größenordnungen gesteigert werden bevor ein biotechnologisches Verfahren interessant werden könnte. Wissen ... mehr

    Ein Schutzschirm gegen Sauerstoff

    Bei der Entwicklung von Brennstoffzellen setzten Generationen von Wissenschaftlern und Ingenieuren auf Katalysatoren auf Edelmetallbasis. Sie sind zwar effizient und stabil, aber leider auch teuer und nur in geringen Mengen verfügbar. Wissenschaftler des Zentrums für Elektrochemie – CES an ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:



Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.